Казахстанские ученые разработали новые наноматериалы для накопителей энергии и испытали их в прототипе гибридного суперконденсатора. Устройство выдержало более 750 тысяч циклов заряда и разряда, сохранив стабильность работы. Об этом сообщили в Министерстве науки и высшего образования РК, передает kazlenta.kz.
Разработкой занимаются ученые Satbayev University. Новая технология в будущем может найти применение в системах хранения энергии, электротранспорте и энергетике на основе возобновляемых источников.
Исследования ведутся в лаборатории «Материаловедение и электрохимическая инженерия». Работа над проектом продолжается в рамках программно-целевого финансирования.
Ученые создают углеродные материалы из доступного казахстанского сырья – рисовой шелухи и свекловичного жома. Их удельная поверхность достигает 3000 квадратных метров на грамм. Чем выше этот показатель, тем больше площадь взаимодействия материала с электролитом и выше потенциал для накопления заряда.
Еще одно направление исследований связано с электрохимически восстановленным оксидом графена и композитами на его основе. Первые эксперименты показали, что новые материалы обладают более высокой удельной емкостью по сравнению с традиционным активированным углем.
Полученные материалы ученые испытывают в прототипах накопителей энергии. В частности, команда протестировала гибридный суперконденсатор формата pouch-cell.
Его положительный электрод накапливает энергию за счет окислительно-восстановительной реакции йодид/йод, а отрицательный – за счет формирования двойного электрического слоя.
Прототип показал удельную энергию 51 Вт·ч/кг при мощности 1 кВт/кг и выдержал более 750 тысяч циклов заряда и разряда.
Полученные результаты открывают возможности для дальнейшего повышения эффективности накопителей энергии. Сейчас для нас важно перейти к более масштабным испытаниям и оценить работу материалов в условиях, приближенных к практическому применению, – отметила руководитель проекта, PhD Жазира Супиева.
Для синтеза и обработки материалов лаборатория использует систему сверхбыстрого джоулевого нагрева. Она позволяет за миллисекунды достигать температуры от 500 до 3600°C.
С помощью этой системы исследователи получают графен и сплавы, проводят быстрый пиролиз и изменяют структуру материалов в контролируемой атмосфере.
Характеристики будущих электродов проверяют в несколько этапов. Для первичной оценки электрохимических свойств используются Swagelok-ячейки и потенциостат BioLogic, а площадь поверхности измеряют с помощью сорбтометра Anton Paar.
Следующим этапом станут испытания в coin- и pouch-ячейках на батарейном тестере Neware. Ученые планируют оценить емкость, мощность и стабильность материалов при длительной работе.
Исследователи также проверили разработанные композиты в качестве функциональных покрытий для нержавеющей стали. Испытания показали их устойчивость к коррозии, что расширяет возможные сферы применения технологии.
В проекте участвуют магистранты и докторанты Satbayev University. Исследования также ведутся совместно с зарубежными партнерами из Австрии и Польши.
Следующим этапом станет масштабирование испытаний и подготовка разработок к практическому применению. Ученые рассматривают возможность использования новых наноматериалов в суперконденсаторах, аккумуляторных системах, электротранспорте, накопителях энергии для солнечных и ветровых электростанций, а также в защитных покрытиях для нержавеющей стали.